JP7760197B2 - power supply - Google Patents
power supplyInfo
- Publication number
- JP7760197B2 JP7760197B2 JP2024224602A JP2024224602A JP7760197B2 JP 7760197 B2 JP7760197 B2 JP 7760197B2 JP 2024224602 A JP2024224602 A JP 2024224602A JP 2024224602 A JP2024224602 A JP 2024224602A JP 7760197 B2 JP7760197 B2 JP 7760197B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- unit
- control unit
- output
- power supply
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
- H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/60—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements
- H02J7/63—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements against overdischarge
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/60—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements
- H02J7/65—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements against overtemperature
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/60—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements
- H02J7/68—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements using circuits for correcting or protecting against reverse-polarity
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/933—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/971—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
- H02J7/975—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
- H02J7/977—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2101/00—Supply or distribution of decentralised, dispersed or local electric power generation
- H02J2101/20—Dispersed power generation using renewable energy sources
- H02J2101/22—Solar energy
- H02J2101/24—Photovoltaics
- H02J2101/25—Photovoltaics involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Description
本発明は、電源装置に関し、特に太陽電池からの出力を二次電池セルに貯蔵する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, and in particular to a power supply device that stores output from a solar cell in a secondary battery cell.
近年、太陽光のエネルギーで発電する太陽電池が普及し、一般住宅の屋根や有休地を利用して太陽光発電を行なうことが一般的になってきた。このような太陽光発電設備では、太陽光による発電量が不足する場合には、発電所からの送電網による給電を併用している。また、太陽光で発電した電力が消費電力よりも大きい場合には、送電者を介して余剰電力を売電することも行われている。 In recent years, solar cells that generate electricity using solar energy have become widespread, and it has become common to use the roofs of ordinary houses and unused land for solar power generation. In such solar power generation facilities, when the amount of electricity generated by sunlight is insufficient, power is also supplied from the power grid from the power plant. Also, when the amount of electricity generated by sunlight is greater than the amount consumed, the surplus electricity can be sold through the power transmitter.
しかし、送電設備の敷設が困難な遠隔地や未整備地では、送電網を利用した給電と売電が不可能であり、太陽光発電設備の設置と活用が困難である。そこで、太陽電池と二次電池を組み合わせて、太陽電池で発電した電力を二次電池に一時的に貯蔵しておき、必要に応じて二次電池に貯蔵された電力を取り出す独立電源装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 However, in remote or undeveloped areas where it is difficult to install power transmission facilities, power supply and sales using the power grid are not possible, making it difficult to install and utilize solar power generation facilities. Therefore, an independent power supply system has been proposed that combines solar cells and secondary batteries, temporarily stores the power generated by the solar cells in the secondary batteries, and then draws the power stored in the secondary batteries as needed (see, for example, Patent Document 1).
図5は、従来から提案されている独立電源装置の構成を模式的に示すブロック図である。図5に示すように従来の独立電源装置は、太陽電池10と、充放電制御部20と、バッテリー管理部(BMS:Battery Management System)30と、二次電池セル40を備えている。太陽電池10の出力は充放電制御部20の入力に接続され、充放電制御部20の出力はバッテリー管理部30に接続されている。バッテリー管理部30は二次電池セル40の電極端子に接続されており、二次電池セル40からの電力で駆動されて、二次電池セル40の状態を取得するとともに過充電保護や過放電保護の制御を行う。二次電池セル40に貯蔵された電力は、バッテリー管理部30を介して負荷および充放電制御部20に出力され、負荷と充放電制御部20の駆動に用いられる。 Figure 5 is a block diagram showing the configuration of a conventional independent power supply device. As shown in Figure 5, the conventional independent power supply device includes a solar cell 10, a charge/discharge control unit 20, a battery management system (BMS) 30, and a secondary battery cell 40. The output of the solar cell 10 is connected to the input of the charge/discharge control unit 20, and the output of the charge/discharge control unit 20 is connected to the battery management unit 30. The battery management unit 30 is connected to the electrode terminals of the secondary battery cell 40 and is powered by power from the secondary battery cell 40. It acquires the status of the secondary battery cell 40 and controls overcharge and overdischarge protection. The power stored in the secondary battery cell 40 is output to the load and charge/discharge control unit 20 via the battery management unit 30 and is used to drive the load and charge/discharge control unit 20.
このような従来技術の独立電源装置では、二次電池セル40から取り出される電力によって充放電制御部20およびバッテリー管理部30が駆動され、充放電制御部20が二次電池セル40の充放電動作を制御している。しかし、二次電池セル40の充電残量が低下してバッテリー管理部30の過放電保護機能が働くと、二次電池セル40から充放電制御部20への電力が供給されないため、充放電制御部20も動作を停止し充電動作を再開できないという問題があった。そこで本出願人は、二次電池セル40の充電残量が低下して過放電保護が働いている場合でも、太陽電池10から供給される電力で充放電制御部20を起動することで充放電動作を再開する技術を提案している(特許文献2)。また特許文献2では、二次電池セル40が過放電状態であっても、充放電制御部20がバッテリー管理部30から二次電池セル40の状態を取得して、プリチャージ動作を実行して充電を再開することができた。 In such a conventional independent power supply device, the charge/discharge control unit 20 and battery management unit 30 are driven by power extracted from the secondary battery cell 40, and the charge/discharge control unit 20 controls the charging and discharging operation of the secondary battery cell 40. However, when the remaining charge of the secondary battery cell 40 decreases and the over-discharge protection function of the battery management unit 30 is activated, power is no longer supplied from the secondary battery cell 40 to the charge/discharge control unit 20, causing the charge/discharge control unit 20 to stop operating and preventing the charging operation from resuming. In response to this problem, the present applicant has proposed a technology that restarts the charging and discharging operation by activating the charge/discharge control unit 20 with power supplied from the solar cell 10, even when the remaining charge of the secondary battery cell 40 decreases and over-discharge protection is activated (Patent Document 2). Furthermore, in Patent Document 2, even when the secondary battery cell 40 is in an over-discharged state, the charge/discharge control unit 20 obtains the status of the secondary battery cell 40 from the battery management unit 30 and performs a pre-charge operation to resume charging.
特許文献2に示した従来技術では、二次電池として交換性と可搬性に優れたモジュールを用いており、必要に応じて二次電池モジュールを交換することができる。これにより、過放電保護の働いた二次電池モジュールでさらに放電が進行して、深放電状態にまでなることは想定されない。また、仮に二次電池モジュールが深放電状態にまでなったとしても、他の二次電池モジュールと交換することで容易に充放電動作を継続し、深放電状態の二次電池モジュールを回収することが可能であった。 The prior art disclosed in Patent Document 2 uses highly interchangeable and portable secondary battery modules, allowing the secondary battery modules to be replaced as needed. This prevents further discharging in a secondary battery module that has been protected from over-discharge, leading to a deeply discharged state. Even if a secondary battery module does reach a deeply discharged state, it can be easily replaced with another secondary battery module, allowing charging and discharging operations to continue and the deeply discharged secondary battery module to be recovered.
しかし、上述したような遠隔地に設置される独立電源装置では、設備のメンテナンスを短期間で繰り返すことは困難である。梅雨時期や降雪時期において長期間の日照不足が継続すると、遠隔地の独立電源装置では二次電池への充電を継続できないため、過放電状態の二次電池セル40ではバッテリー管理部30の動作でさらに放電が進行し、深放電状態にまで到達する可能性がある。バッテリー管理部30は二次電池セル40から供給される電力で稼働するため、深放電状態になった二次電池セル40ではバッテリー管理部30が非稼働状態になって、充電を再開することができない。深放電状態となった二次電池セル40では、特許文献2の技術を用いてもバッテリー管理部30が非稼働状態であるため、二次電池セル40の状態を取得することができず、プリチャージ動作を実行することもできなかった。 However, with independent power supply units installed in remote locations such as those described above, it is difficult to perform repeated maintenance on the equipment in a short period of time. When there is a prolonged lack of sunlight during the rainy season or snowfall, independent power supply units in remote locations are unable to continue charging the secondary batteries. As a result, the operation of the battery management unit 30 may cause further discharge in over-discharged secondary battery cells 40, potentially leading to a deep discharge state. Because the battery management unit 30 operates on power supplied from the secondary battery cells 40, the battery management unit 30 becomes inoperative in the case of a deeply discharged secondary battery cell 40, making it impossible to resume charging. Even with the technology of Patent Document 2, the battery management unit 30 remains inoperative in the case of a deeply discharged secondary battery cell 40, making it impossible to obtain the status of the secondary battery cell 40 and therefore impossible to perform a pre-charge operation.
このように従来技術では、二次電池セル40の充電残量が深放電状態まで進行すると、日照が回復してもバッテリー管理部30を再稼働させることができないため、充放電制御部20によるプリチャージ動作及び充放電動作を実行できず、太陽電池10で発電した電力の貯蔵及び供給を継続することができなくなるという問題があった。 As described above, with conventional technology, when the remaining charge of the secondary battery cell 40 progresses to a deeply discharged state, the battery management unit 30 cannot be restarted even when sunlight returns, so the charge/discharge control unit 20 cannot perform pre-charge and charge/discharge operations, and the storage and supply of electricity generated by the solar cell 10 cannot be continued.
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、二次電池セルの充電残量が低下しBMSの動作が停止した状態であっても、二次電池セルの充電を行って通常の充放電動作に復帰することが可能な電源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been developed in consideration of the above-mentioned conventional problems, and aims to provide a power supply device that can charge the secondary battery cells and return to normal charging and discharging operation even when the remaining charge of the secondary battery cells is low and the BMS operation has stopped.
上記課題を解決するために、本発明の電源装置は、光によって発電して電力を出力する太陽電池と、前記電力を貯蔵する二次電池セルと、前記二次電池セルの貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力の取り出しを遮断して保護動作を実施するバッテリー管理部と、前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記太陽電池が出力した前記電力の一部を第1電圧および第1電流値である自動復帰電流に変換して、前記バッテリー管理部に前記自動復帰電流を供給して復帰充電動作を実施する自動復帰制御部を備え、前記自動復帰制御部は、第1昇降圧部と、昇圧確認部と、第2昇圧部と、定電流出力部を有し、前記第1昇降圧部は、入力端子から入力された電力を昇圧または降圧して、予め定められた予定電圧に調整して出力し、前記昇圧確認部は、前記第1昇降圧部の第1出力電圧を監視して、前記予定電圧まで到達した場合に前記第2昇圧部を動作させ、前記第2昇圧部は、前記予定電圧をさらに第2出力電圧に昇圧して前記定電流出力部に出力し、前記定電流出力部は、前記第2出力電圧で動作して出力端子から前記バッテリー管理部に前記自動復帰電流を出力することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the power supply device of the present invention comprises a solar cell that generates electricity using light and outputs the electricity, a secondary battery cell that stores the electricity, a battery management unit that performs a protection operation by cutting off extraction of the electricity stored in the secondary battery cell when the stored voltage of the secondary battery cell is equal to or lower than a protection voltage, and an automatic return control unit that is connected between the solar cell and the battery management unit and converts a part of the electricity output by the solar cell into an automatic return current having a first voltage and a first current value, and supplies the automatic return current to the battery management unit to perform a return charging operation, The automatic recovery control unit has a first step-up/step-down unit, a step-up confirmation unit, a second step-up unit, and a constant current output unit, and the first step-up/step-down unit steps up or steps down the power input from the input terminal, adjusts it to a predetermined planned voltage, and outputs it. The step-up confirmation unit monitors the first output voltage of the first step-up/step-down unit, and operates the second step-up unit when the planned voltage is reached. The second step-up unit further steps up the planned voltage to a second output voltage and outputs it to the constant current output unit. The constant current output unit operates at the second output voltage and outputs the automatic recovery current from the output terminal to the battery management unit.
このような本発明の電源装置では、二次電池セルの充電残量が低下しバッテリー管理部(BMS)の動作が停止した状態であっても、太陽電池の出力で徐々に二次電池セルの充電を行って二次電池セルを保護電圧以上になるまで充電し、バッテリー管理部を通常の充放電動作に復帰させることが可能となる。 In this type of power supply device of the present invention, even if the remaining charge of the secondary battery cells is low and the battery management unit (BMS) has stopped operating, the secondary battery cells can be gradually charged using the output of the solar cells until the secondary battery cells reach or exceed their protection voltage, allowing the battery management unit to return to normal charging and discharging operation.
また本発明の一態様では、前記バッテリー管理部が前記保護動作中であっても、前記自動復帰制御部は、前記復帰充電動作を継続する。 In one aspect of the present invention, even if the battery management unit is performing the protection operation, the automatic recovery control unit continues the recovery charging operation.
また本発明の一態様では、前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記太陽電池から出力された前記電力を充電電圧および充電電流に変換して、前記バッテリー管理部に供給する充放電制御部を備え、前記充放電制御部は、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力によって稼働される。 In one aspect of the present invention, a charge/discharge control unit is connected between the solar cell and the battery management unit, converts the power output from the solar cell into a charging voltage and a charging current, and supplies the converted power to the battery management unit, and the charge/discharge control unit is operated by the power stored in the secondary battery cell.
また本発明の一態様では、前記自動復帰制御部は、前記充電電圧が予め定められた最大電圧に到達した場合に、前記復帰充電動作を停止する。 In one aspect of the present invention, the automatic recovery control unit stops the recovery charging operation when the charging voltage reaches a predetermined maximum voltage.
また本発明の一態様では、前記充放電制御部は、最大電力点追従制御を用いる。 In one aspect of the present invention, the charge/discharge control unit uses maximum power point tracking control.
また本発明の一態様では、前記自動復帰制御部は、前記二次電池セルの温度をセル温度として取得する温度測定部を備え、前記セル温度の温度上昇が予め定められた保護温度以上である場合には、前記復帰充電動作を停止する。 In one aspect of the present invention, the automatic recovery control unit includes a temperature measurement unit that acquires the temperature of the secondary battery cell as the cell temperature, and stops the recovery charging operation if the temperature rise of the cell temperature exceeds a predetermined protection temperature.
また本発明の一態様では、前記復帰充電動作は、前記バッテリー管理部が稼働状態と非稼働状態を繰り返し、前記バッテリー管理部の一時的な前記稼働状態において、前記自動復帰電流が前記二次電池セルを充電する。
In one aspect of the present invention, the recovery charging operation is performed by repeating an operating state and a non-operating state of the battery management unit, and the automatic recovery current charges the secondary battery cell during the temporary operating state of the battery management unit .
本発明では、二次電池セルの充電残量が低下しBMSの動作が停止した状態であっても、二次電池セルの充電を行って通常の充放電動作に復帰することが可能な電源装置を提供することができる。 The present invention provides a power supply device that can charge the secondary battery cells and return to normal charging and discharging operation even when the remaining charge of the secondary battery cells is low and the BMS operation has stopped.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態に係る電源装置100の構成を模式的に示すブロック図である。図1に示すように本実施形態の電源装置100は、太陽電池10と、充放電制御部20と、バッテリー管理部(BMS:Battery Management System)30と、二次電池セル40と、自動復帰制御部50を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in each drawing will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted where appropriate. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a power supply device 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the power supply device 100 of this embodiment includes a solar cell 10, a charge/discharge control unit 20, a battery management system (BMS) 30, a secondary battery cell 40, and an automatic return control unit 50.
太陽電池10は、光によって発電して電力を出力する光電変換装置である。太陽電池10の構成は限定されず、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、色素増感型シリコン、CIGS系などの化合物半導体太陽電池等を用いることができる。また、架台に載置する形状であってもよく、路面や壁面に敷設する形状であってもよい。太陽電池10の出力は充放電制御部20の入力に電気的に接続され、太陽電池10が発電した電力は充放電制御部20に入力される。 The solar cell 10 is a photoelectric conversion device that generates electricity using light and outputs it. There are no limitations on the configuration of the solar cell 10, and it is possible to use compound semiconductor solar cells such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, dye-sensitized silicon, and CIGS-based solar cells. The solar cell 10 may also be mounted on a stand, or installed on a road surface or wall. The output of the solar cell 10 is electrically connected to the input of the charge/discharge control unit 20, and the electricity generated by the solar cell 10 is input to the charge/discharge control unit 20.
充放電制御部20は、太陽電池10とバッテリー管理部30の間に電気的に接続されて、太陽電池10から出力された電力を充電電圧および充電電流に変換して、バッテリー管理部30に供給する部分である。充放電制御部20は、IC(Integrated Circuit)等を含む電子回路で構成されており、二次電池セル40に貯蔵された電力によって稼働される。充放電制御部20の具体的な動作は限定されず、パルス幅変調(PWM:Pulth Width Modulation)方式や、最大電力点追従制御(MPPT :Maximum Power Point Tracking)方式を用いることができる。太陽電池10で発電された電力を効率良く二次電池セル40に貯蔵するためには、最大電力点追従制御方式を用いることが好ましい。 The charge/discharge control unit 20 is electrically connected between the solar cell 10 and the battery management unit 30, converts the power output from the solar cell 10 into a charging voltage and a charging current, and supplies them to the battery management unit 30. The charge/discharge control unit 20 is composed of electronic circuits including an integrated circuit (IC), and is operated by the power stored in the secondary battery cell 40. The specific operation of the charge/discharge control unit 20 is not limited, and pulse width modulation (PWM) or maximum power point tracking (MPPT) can be used. To efficiently store the power generated by the solar cell 10 in the secondary battery cell 40, it is preferable to use the maximum power point tracking (MPPT) method.
バッテリー管理部30は、二次電池セル40の電極端子に電気的に接続され、二次電池セル40の状態取得や過放電保護、過充電保護等の管理を行う部分である。バッテリー管理部30は、IC等を含む電子回路で構成されており、二次電池セル40に貯蔵された電力によって稼働される。バッテリー管理部30は、二次電池セル40の貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、二次電池セル40に貯蔵された電力の取り出しを遮断して過放電保護動作を実施する。また、バッテリー管理部30は、二次電池セル40の貯蔵電圧が所定値以上の場合には、二次電池セル40への充電動作を遮断して過充電保護動作を実施する。バッテリー管理部30の具体的な動作は限定されず、公知のバッテリーマネジメントシステム(BMS)を用いることができる。 The battery management unit 30 is electrically connected to the electrode terminals of the secondary battery cells 40 and is responsible for acquiring the status of the secondary battery cells 40 and managing over-discharge protection, over-charge protection, etc. The battery management unit 30 is composed of electronic circuits including ICs and is operated by the power stored in the secondary battery cells 40. When the stored voltage of the secondary battery cells 40 is equal to or lower than the protection voltage, the battery management unit 30 cuts off the extraction of power stored in the secondary battery cells 40 to perform over-discharge protection. Furthermore, when the stored voltage of the secondary battery cells 40 is equal to or higher than a predetermined value, the battery management unit 30 cuts off the charging operation to the secondary battery cells 40 to perform over-charge protection. The specific operation of the battery management unit 30 is not limited, and a known battery management system (BMS) can be used.
二次電池セル40は、充放電制御部20および自動復帰制御部50からバッテリー管理部30を介して供給された電力を貯蔵するとともに、バッテリー管理部30を介して貯蔵された電力が取り出されて、負荷および充放電制御部20に電力を供給する部分である。二次電池セル40の具体的な構成は限定されず、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、全固体電池等を用いることができる。資源の再利用を図るためには、電気自動車やハイブリッドカーで使用されたリチウムイオン電池を二次電池セル40として再利用することが好ましい。 The secondary battery cell 40 stores the power supplied from the charge/discharge control unit 20 and the automatic return control unit 50 via the battery management unit 30, and also extracts the stored power via the battery management unit 30 and supplies it to the load and the charge/discharge control unit 20. The specific configuration of the secondary battery cell 40 is not limited, and lithium-ion batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-cadmium batteries, all-solid-state batteries, etc. can be used. In order to reuse resources, it is preferable to reuse lithium-ion batteries used in electric vehicles or hybrid cars as secondary battery cells 40.
自動復帰制御部50は、太陽電池10とバッテリー管理部30の間で、充放電制御部20と並列に接続されて、太陽電池10が出力した電力の一部を変換してバッテリー管理部30に供給する部分である。詳細を後述するように、自動復帰制御部50は、バッテリー管理部30が稼働停止状態(非稼働状態)であってもバッテリー管理部30および二次電池セル40に対して第1電圧および第1電流値で電流を供給し、バッテリー管理部30の稼働が再開するまで二次電池セル40に対して復帰充電動作を実施する。また自動復帰制御部50は、バッテリー管理部30が過放電状態である二次電池セル40からの電力取り出しを遮断している保護動作中であっても、復帰充電動作を継続する。また、自動復帰制御部50は、充放電制御部20の充電電圧が予め定められた最大電圧に到達した場合に、復帰充電動作を停止する。 The automatic return control unit 50 is connected in parallel with the charge/discharge control unit 20 between the solar cell 10 and the battery management unit 30. It converts a portion of the power output by the solar cell 10 and supplies it to the battery management unit 30. As will be described in detail below, the automatic return control unit 50 supplies current at a first voltage and a first current value to the battery management unit 30 and the secondary battery cell 40 even when the battery management unit 30 is in a stopped state (non-operating state), and performs a return charging operation on the secondary battery cell 40 until the battery management unit 30 resumes operation. The automatic return control unit 50 also continues the return charging operation even when the battery management unit 30 is performing a protective operation to cut off power extraction from the secondary battery cell 40 in an over-discharged state. The automatic return control unit 50 also stops the return charging operation when the charging voltage of the charge/discharge control unit 20 reaches a predetermined maximum voltage.
図2は、自動復帰制御部50の一例を示す回路図である。図2に示すように、自動復帰制御部50は、第1昇降圧部51と、昇圧確認部52と、第2昇圧部53と、定電流出力部54とを備えている。本実施形態における第1昇降圧部51、昇圧確認部52および第2昇圧部53の組み合わせは、太陽電池10からの電力を調整して出力するため、本発明における電圧調整部に相当している。 Figure 2 is a circuit diagram showing an example of the automatic return control unit 50. As shown in Figure 2, the automatic return control unit 50 includes a first step-up/step-down unit 51, a step-up confirmation unit 52, a second step-up unit 53, and a constant current output unit 54. In this embodiment, the combination of the first step-up/step-down unit 51, the step-up confirmation unit 52, and the second step-up unit 53 adjusts and outputs the power from the solar cell 10, and therefore corresponds to the voltage adjustment unit in the present invention.
第1昇降圧部51は、入力端子LP1,LP2から入力された電力を昇圧または降圧して予め定められた予定電圧に調整して出力する回路である。太陽電池10の出力電圧は、5V程度から40V程度まで変動するため、出力を予定電圧(例えば12V)に調整することで、後述する定電流出力部54の動作を安定化させる。図2に示した例では、第1昇降圧部51は、抵抗R1、ツェナーダイオードZD1、DC-DCコンバーターU1、キャパシタC1,C2を備えている。第1昇降圧部51では、太陽電池10からの数V程度の出力を例えば12Vまで昇圧して第2昇圧部53に対して出力する。 The first step-up/step-down unit 51 is a circuit that boosts or lowers the power input from input terminals LP1 and LP2, adjusting it to a predetermined target voltage and outputting it. Because the output voltage of solar cell 10 fluctuates between approximately 5V and 40V, adjusting the output to a target voltage (e.g., 12V) stabilizes the operation of the constant current output unit 54, described below. In the example shown in Figure 2, the first step-up/step-down unit 51 includes a resistor R1, a Zener diode ZD1, a DC-DC converter U1, and capacitors C1 and C2. The first step-up/step-down unit 51 boosts the output of several volts from solar cell 10 to, for example, 12V and outputs it to the second step-up unit 53.
入力端子LP1,LP2に接続された太陽電池10側に大きな電圧変動や電流変動が生じた場合に、自動復帰制御部50の内部に与える影響を低減するために、DC-DCコンバーターU1は絶縁タイプのものを用いることが好ましい。DC-DCコンバーターU1として絶縁タイプを用い、ツェナーダイオードZD1で入力端子LP1,LP2の間を接続することで、太陽電池10側で過大な電圧差が生じた場合には、ツェナーダイオードZD1を介して電流が短絡されるため、DC-DCコンバーターU1よりも下流側に配置された回路への悪影響を抑制できる。 In order to reduce the impact on the automatic recovery control unit 50 when large voltage or current fluctuations occur on the solar cell 10 connected to input terminals LP1 and LP2, it is preferable to use an insulated DC-DC converter U1. By using an insulated DC-DC converter U1 and connecting input terminals LP1 and LP2 with a Zener diode ZD1, if an excessive voltage difference occurs on the solar cell 10 side, the current is short-circuited via the Zener diode ZD1, thereby reducing the adverse impact on circuits located downstream of the DC-DC converter U1.
昇圧確認部52は、第1昇降圧部51の出力電圧を監視して、予め定められた電圧(上述した例では12V)まで到達した場合に第2昇圧部53を動作させる回路である。図2に示した例では、昇圧確認部52は、キャパシタC3,C4,C5、制御チップIC1、抵抗R2,R3、トランジスタQ1を備えている。本実施形態では、昇圧確認部52で第1昇降圧部51の出力電圧を確認しているので、第1昇降圧部51での昇圧が不十分で目的とした出力に達していない段階では第2昇圧部53では昇圧動作が実行されず、後述するように定電流出力部54からの出力も停止される。これにより、第2昇圧部53と定電流出力部54を安定した状態で駆動させて、安定した出力電流を継続することができる。 The boost confirmation unit 52 is a circuit that monitors the output voltage of the first boost-buck unit 51 and activates the second boost unit 53 when the output voltage reaches a predetermined voltage (12 V in the example described above). In the example shown in FIG. 2, the boost confirmation unit 52 includes capacitors C3, C4, and C5, a control chip IC1, resistors R2 and R3, and a transistor Q1. In this embodiment, the boost confirmation unit 52 confirms the output voltage of the first boost-buck unit 51. Therefore, if the first boost-buck unit 51 does not sufficiently boost the voltage and does not reach the desired output, the second boost unit 53 does not perform the boost operation, and output from the constant current output unit 54 is also stopped, as described below. This allows the second boost unit 53 and the constant current output unit 54 to operate in a stable state, allowing for a stable output current to be maintained.
第2昇圧部53は、第1昇降圧部51からの出力をさらに昇圧して定電流出力部54に対して出力する回路である。図2に示した例では、第2昇圧部53は、キャパシタC6,C7、DC-DCコンバーターU2を備えている。DC-DCコンバーターU2は、昇圧確認部52からの制御信号によって駆動のオン・オフが制御され、入力された電圧を所定倍率で昇圧して出力する。一例として、DC-DCコンバーターU1の出力が12Vで、倍率が2倍である場合には、DC-DCコンバーターU2は24Vを出力する。 The second boost unit 53 is a circuit that further boosts the output from the first boost/buck unit 51 and outputs it to the constant current output unit 54. In the example shown in Figure 2, the second boost unit 53 includes capacitors C6 and C7 and a DC-DC converter U2. The DC-DC converter U2 is controlled to be driven on or off by a control signal from the boost confirmation unit 52, and boosts the input voltage by a predetermined factor before outputting it. As an example, if the output of the DC-DC converter U1 is 12V and the factor is 2, the DC-DC converter U2 will output 24V.
定電流出力部54は、DC-DCコンバーターU2から出力された電圧で動作し、出力端子LP3,LP4からバッテリー管理部30に対して定電流を出力する回路である。図2に示した例では、定電流出力部54は、制御チップIC2、抵抗R4,R5、可変抵抗BLK1を備えている。図2に示した例では、定電流出力部54と出力端子LP3との間には、逆流防止ダイオードSD1が接続されている。一例として、DC-DCコンバーターU2からの出力が24V(第1電圧)である場合に、定電流出力部54から70mA(第1電流値)の定電流を出力する。 The constant current output unit 54 is a circuit that operates on the voltage output from the DC-DC converter U2 and outputs a constant current from output terminals LP3 and LP4 to the battery management unit 30. In the example shown in FIG. 2, the constant current output unit 54 includes a control chip IC2, resistors R4 and R5, and a variable resistor BLK1. In the example shown in FIG. 2, a backflow prevention diode SD1 is connected between the constant current output unit 54 and output terminal LP3. As an example, when the output from the DC-DC converter U2 is 24 V (first voltage), a constant current of 70 mA (first current value) is output from the constant current output unit 54.
次に、図3および図4を用いて、本実施形態に係る電源装置100の動作について説明する。図3は、電源装置100における動作を示すタイミングチャートであり、図3(a)は自動復帰制御部50の出力を示し、図3(b)は二次電池セル40の貯蔵電圧を示し、図3(c)はバッテリー管理部30の稼働状態を示し、図3(d)は充放電制御部20の充電電圧を示している。図4は、図2に示した自動復帰制御部50の動作を示すフローチャートである。図3および図4では、日照不足が長期間継続して二次電池セル40の充電状態が深放電状態まで進行してバッテリー管理部30が非稼働状態であり、太陽電池10への日照が得られた状況を想定している。 Next, the operation of the power supply device 100 according to this embodiment will be described using Figures 3 and 4. Figure 3 is a timing chart showing the operation of the power supply device 100, where Figure 3(a) shows the output of the automatic return control unit 50, Figure 3(b) shows the stored voltage of the secondary battery cell 40, Figure 3(c) shows the operating state of the battery management unit 30, and Figure 3(d) shows the charging voltage of the charge/discharge control unit 20. Figure 4 is a flowchart showing the operation of the automatic return control unit 50 shown in Figure 2. Figures 3 and 4 assume a situation in which a lack of sunlight continues for a long period of time, causing the charge state of the secondary battery cell 40 to progress to a deeply discharged state, putting the battery management unit 30 in an inactive state, and sunlight reaching the solar cell 10.
図3(a)~図3(d)の横軸は、太陽電池10への日照が得られた時間を0として共通の時間軸を示している。図3(a)の縦軸は、自動復帰制御部50のからバッテリー管理部30に供給される電流値を示している。図3(b)の縦軸は、二次電池セル40の貯蔵電圧を示しており、Vminはバッテリー管理部30による過放電保護が働く保護電圧を示し、Vmaxはバッテリー管理部30による過充電保護が働く電圧を示している。図3(c)の縦軸は、バッテリー管理部30の稼働状態を示しており、OFFは非稼働状態であり、ONは稼働状態である。図3(d)の縦軸は、充放電制御部20がバッテリー管理部30に出力する充電電圧を示しており、maxは充放電制御部20で設定されている最大の充電電圧を示している。 The horizontal axis in Figures 3(a) to 3(d) represents a common time axis, with the time when sunlight reaches the solar cell 10 being set to 0. The vertical axis in Figure 3(a) represents the current value supplied from the automatic return control unit 50 to the battery management unit 30. The vertical axis in Figure 3(b) represents the stored voltage of the secondary battery cell 40, with Vmin representing the protection voltage at which the battery management unit 30 activates over-discharge protection, and Vmax representing the voltage at which the battery management unit 30 activates over-charge protection. The vertical axis in Figure 3(c) represents the operating state of the battery management unit 30, with OFF representing a non-operating state and ON representing an operating state. The vertical axis in Figure 3(d) represents the charging voltage output by the charge/discharge control unit 20 to the battery management unit 30, with max representing the maximum charging voltage set in the charge/discharge control unit 20.
図3において、時間t=0からt=t1までは電圧調整準備期間である。図3(a)~図3(d)に示したように電圧調整準備期間では、自動復帰制御部50の出力電流は0である。また、二次電池セル40の貯蔵電圧は深放電状態である。また、バッテリー管理部30は非稼働状態である。また、充放電制御部20は非稼働で出力も0である。 In Figure 3, the period from time t=0 to t=t1 is the voltage adjustment preparation period. As shown in Figures 3(a) to 3(d), during the voltage adjustment preparation period, the output current of the automatic return control unit 50 is 0. The stored voltage of the secondary battery cell 40 is in a deep discharge state. The battery management unit 30 is in an inactive state. The charge/discharge control unit 20 is also inactive and its output is 0.
時間t=t1からt=t2までは自動復帰期間である。図3(a)~図3(d)に示したように自動復帰期間では、自動復帰制御部50の出力電流はI1である。また、二次電池セル40の貯蔵電圧は深放電状態から過放電保護電圧Vminまで徐々に上昇する。また、バッテリー管理部30は非稼働状態と稼働状態を繰り返している。また、充放電制御部20は非稼働で出力も0である。 The period from time t=t1 to t=t2 is the automatic return period. As shown in Figures 3(a) to 3(d), during the automatic return period, the output current of the automatic return control unit 50 is I1. Furthermore, the stored voltage of the secondary battery cell 40 gradually rises from a deep discharge state to the over-discharge protection voltage Vmin. Furthermore, the battery management unit 30 alternates between a non-operating state and an operating state. Furthermore, the charge/discharge control unit 20 is non-operating and its output is 0.
時間t=t2からt=t3までは通常充電期間である。図3(a)~図3(d)に示したように通常充電期間では、自動復帰制御部50の出力電流はI1である。また、二次電池セル40の貯蔵電圧は過放電保護電圧Vminを上回っている。また、バッテリー管理部30は稼働状態である。また、充放電制御部20は稼働しており、二次電池セル40に対して太陽電池10の出力を充電電圧で供給している。ここで、図3(b)および図3(d)において、通常充電期間のグラフの変化を一例として一定の増加率を示しているが、太陽電池10が発電した電力が充放電制御部20によって充電電圧として供給されているため、増加率や増減は一定であるとは限らない。 The normal charging period is from time t=t2 to t=t3. As shown in Figures 3(a) to 3(d), during the normal charging period, the output current of the automatic recovery control unit 50 is I1. The stored voltage of the secondary battery cell 40 exceeds the over-discharge protection voltage Vmin. The battery management unit 30 is in an operating state. The charge/discharge control unit 20 is also operating, supplying the output of the solar cell 10 to the secondary battery cell 40 as a charging voltage. Here, Figures 3(b) and 3(d) show a constant rate of increase as an example of the change in the graph during the normal charging period. However, because the power generated by the solar cell 10 is supplied as a charging voltage by the charge/discharge control unit 20, the rate of increase and the fluctuations may not be constant.
時間t=t3以降は、自動復帰終了期間である。充放電制御部20が出力する充電電圧がmaxまで到達すると、自動復帰制御部50の出力電流は0となる。 The automatic recovery end period begins at time t=t3. When the charging voltage output by the charge/discharge control unit 20 reaches its maximum, the output current of the automatic recovery control unit 50 becomes 0.
図4に示すように自動復帰動作が開始すると、自動復帰制御部50では、ステップS1で予備調整動作として太陽電池10からの出力を予め定められた予定電圧に調整する。図2に示した回路の例では、第1昇降圧部51のDC-DCコンバーターU1で予備調整動作が実行され、ステップS2以後も太陽電池10からの電力が供給されている間は継続される。 As shown in Figure 4, when the automatic return operation begins, the automatic return control unit 50 adjusts the output from the solar cell 10 to a predetermined expected voltage as a preliminary adjustment operation in step S1. In the example circuit shown in Figure 2, the preliminary adjustment operation is performed by the DC-DC converter U1 of the first step-up/step-down unit 51, and continues after step S2 as long as power is being supplied from the solar cell 10.
ステップS2は昇圧確認動作であり、予備調整動作の結果が予定電圧まで調整されているかを確認する。図2に示した回路の例では、制御チップIC1で昇圧確認動作が実行され、DC-DCコンバーターU2に対して制御信号が送出される。具体例としては、昇圧確認部52が第1昇降圧部51からの出力をモニターして、DC-DCコンバーターU1の出力が予め定められた電圧値(予定電圧、例えば12V)まで調整されているかを確認する。昇圧確認部52は、DC-DCコンバーターU1の出力が予定電圧まで到達していない場合にはオフ信号を送出してステップS1の予備調整動作を繰り返し、到達している場合にはオン信号を送出してステップS3に移行する。 Step S2 is a boost confirmation operation, which verifies whether the result of the preliminary adjustment operation has been adjusted to the expected voltage. In the circuit example shown in Figure 2, the boost confirmation operation is performed by control chip IC1, and a control signal is sent to DC-DC converter U2. As a specific example, boost confirmation unit 52 monitors the output from first boost/buck unit 51 and verifies whether the output of DC-DC converter U1 has been adjusted to a predetermined voltage value (expected voltage, for example 12V). If the output of DC-DC converter U1 has not reached the expected voltage, boost confirmation unit 52 sends an OFF signal and repeats the preliminary adjustment operation of step S1; if it has reached the expected voltage, it sends an ON signal and proceeds to step S3.
ステップS3は昇圧出力動作であり、予備調整動作で予定電圧まで調整された電圧をさらに昇圧し、第1電流値で定電流を出力する。図2に示した回路の例では、第2昇圧部53のDC-DCコンバーターU2と制御チップIC2で昇圧出力動作が実行される。具体例としては、昇圧確認部52から制御信号としてオン信号がDC-DCコンバーターU2に送出されると、DC-DCコンバーターU2が昇圧動作を行い、予定電圧(12V)を第1電圧(24V)まで昇圧する。定電流出力部54は、第2昇圧部53で昇圧された第1電圧で駆動されて第1電流値を出力する。 Step S3 is the boost output operation, which further boosts the voltage adjusted to the expected voltage in the preliminary adjustment operation and outputs a constant current at the first current value. In the circuit example shown in Figure 2, the boost output operation is performed by the DC-DC converter U2 of the second boost unit 53 and the control chip IC2. As a specific example, when the boost confirmation unit 52 sends an ON signal as a control signal to the DC-DC converter U2, the DC-DC converter U2 performs a boost operation, boosting the expected voltage (12V) to the first voltage (24V). The constant current output unit 54 is driven by the first voltage boosted by the second boost unit 53 and outputs the first current value.
図2に示した回路の例では、ステップS2およびステップS3として、DC-DCコンバーターU1の出力が予定電圧(12V)ではない場合には、昇圧確認部52はDC-DCコンバーターU2に対してオフ信号を送出する。よって、DC-DCコンバーターU2では昇圧動作は行われず、出力は0Vで0mAである。DC-DCコンバーターU2の出力が予定電圧に到達すると、昇圧確認部52はDC-DCコンバーターU2に対してオン信号を送出し、DC-DCコンバーターU2は昇圧動作を行なって第1電圧(24V)で第1電流値(70mA)を出力する。 In the example circuit shown in Figure 2, in steps S2 and S3, if the output of DC-DC converter U1 is not the expected voltage (12V), boost confirmation unit 52 sends an OFF signal to DC-DC converter U2. Therefore, DC-DC converter U2 does not perform boost operation, and the output is 0V and 0mA. When the output of DC-DC converter U2 reaches the expected voltage, boost confirmation unit 52 sends an ON signal to DC-DC converter U2, and DC-DC converter U2 performs boost operation and outputs a first current value (70mA) at a first voltage (24V).
図3(a)のt=0からt=t1までの電圧調整準備期間では、第1昇降圧部51で予定電圧に調整できていないため、第2昇圧部53での昇圧と定電流出力部54での電流出力は実行されず出力電流は0である。t=t1になり、昇圧確認部52で予定電圧までの調整が確認されると、第2昇圧部53での昇圧と定電流出力部54での電流出力が実行され、出力端子LP3,LP4からバッテリー管理部30に対して第1電流値(I1)での定電流が出力される。これにより、時間t=t1で自動復帰制御部50からの定電流出力を0から第1電流値に迅速に変化させ、安定した定電流の出力を行うことができる。また、太陽電池10の出力がバッテリー管理部30に直接供給されることはない。 During the voltage adjustment preparation period from t=0 to t=t1 in Figure 3(a), the first step-up/step-down unit 51 is unable to adjust to the planned voltage, so the second step-up unit 53 does not boost the voltage and the constant current output unit 54 does not output a current, resulting in an output current of 0. When t=t1 arrives and the step-up confirmation unit 52 confirms that the voltage has been adjusted to the planned voltage, the second step-up unit 53 boosts the voltage and the constant current output unit 54 outputs a current, and a constant current of the first current value (I1) is output from output terminals LP3 and LP4 to the battery management unit 30. This allows the constant current output from the automatic return control unit 50 to quickly change from 0 to the first current value at time t=t1, enabling a stable constant current to be output. Furthermore, the output of the solar cell 10 is not directly supplied to the battery management unit 30.
図3のt=t1からt=t2までの自動復帰期間では、自動復帰制御部50から第1電圧および第1電流の自動復帰電流がバッテリー管理部30に対して供給されて、復帰充電動作が継続される。二次電池セル30が深放電状態ではバッテリー管理部30が非稼働状態であるが、自動復帰電流が供給されると一時的に稼働状態となる。このとき、バッテリー管理部30は二次電池セル30の管理を実行するが、過放電保護電圧Vmin未満の貯蔵電圧であり、さらに深放電状態であるため、再度非稼働状態に移行する。しかし、この一時的なバッテリー管理部30の稼働状態への復帰の間にも、短い時間ではあるが自動復帰電流が二次電池セル40に充電方向に供給され、復帰充電動作によって貯蔵電圧が僅かに上昇する。 During the automatic recovery period from t=t1 to t=t2 in Figure 3, the automatic recovery control unit 50 supplies the automatic recovery current of the first voltage and first current to the battery management unit 30, and the recovery charging operation continues. When the secondary battery cell 30 is in a deeply discharged state, the battery management unit 30 is in an inactive state, but when the automatic recovery current is supplied, it temporarily enters an active state. At this time, the battery management unit 30 manages the secondary battery cell 30, but because the stored voltage is below the over-discharge protection voltage Vmin and the battery is in a deeply discharged state, it again enters an inactive state. However, even during this temporary return of the battery management unit 30 to an active state, the automatic recovery current is supplied to the secondary battery cell 40 in the charging direction, albeit for a short time, and the stored voltage rises slightly due to the recovery charging operation.
自動復帰期間では、自動復帰制御部50からバッテリー管理部30に自動復帰電流が供給され続けているので、このようなバッテリー管理部30の非稼働と一時的な復帰が繰り返される。この繰り返しの中で、復帰充電動作により短時間の充電と貯蔵電圧の僅かな上昇が繰り返され、時間t=t2で二次電池セル40の貯蔵電圧が過放電保護電圧Vminまで到達すると、バッテリー管理部30は二次電池セル40からの電力取り出しを許可し、稼働状態を継続することが可能になる。 During the automatic return period, the automatic return current continues to be supplied from the automatic return control unit 50 to the battery management unit 30, causing the battery management unit 30 to repeatedly go into a state of non-operation and temporarily return to operation. During this repetition, the return charge operation repeatedly charges for short periods of time and slightly increases the stored voltage, and when the stored voltage of the secondary battery cell 40 reaches the over-discharge protection voltage Vmin at time t = t2, the battery management unit 30 allows power to be drawn from the secondary battery cell 40, allowing the operation state to continue.
時間t=t2以後は、二次電池セル40の貯蔵電圧が過放電保護電圧Vminよりも大きく、バッテリー管理部30が二次電池セル40からの電力取り出しを許可している。したがって、バッテリー管理部30および充放電制御部20が二次電池セル40の出力によって稼働され、太陽電池10からの電力による二次電池セル40の充電と、二次電池セル40からの負荷への電力供給を継続することができる。 After time t=t2, the stored voltage of the secondary battery cell 40 is greater than the over-discharge protection voltage Vmin, and the battery management unit 30 allows power to be drawn from the secondary battery cell 40. Therefore, the battery management unit 30 and the charge/discharge control unit 20 are operated by the output of the secondary battery cell 40, allowing the secondary battery cell 40 to continue being charged with power from the solar cell 10 and the secondary battery cell 40 to continue supplying power to the load.
ステップS4は最大出力チェック動作であり、充放電制御部20が出力する充電電圧が最大電圧maxに到達していない場合にはステップS3に移行し、到達した場合にはステップS5に移行する。図1に示したように、充放電制御部20の出力と自動復帰制御部50の出力はともにバッテリー管理部30に接続されているため、自動復帰制御部50の出力端子LP3,LP4に加わる電圧を監視することで、自動復帰制御部50は充放電制御部20が出力する充電電圧を取得することができる。 Step S4 is a maximum output check operation. If the charging voltage output by the charge/discharge control unit 20 has not reached the maximum voltage max, the process proceeds to step S3; if it has reached the maximum voltage max, the process proceeds to step S5. As shown in FIG. 1, the output of the charge/discharge control unit 20 and the output of the automatic recovery control unit 50 are both connected to the battery management unit 30. Therefore, by monitoring the voltage applied to the output terminals LP3 and LP4 of the automatic recovery control unit 50, the automatic recovery control unit 50 can obtain the charging voltage output by the charge/discharge control unit 20.
ステップS5は出力停止動作であり、自動復帰制御部50は第1電圧および第1電流値でのバッテリー管理部30への電流供給を停止する。図2に示した回路の例では、逆流防止ダイオードSD1で設定された電圧よりも大きな電圧が、出力端子部LP3に加わると定電流出力部54は定電流での出力を停止する。具体例としては、充放電制御部20の充電電圧が第1電圧(24V)よりも大きい場合には、自動復帰制御部50は出力停止動作となる。 Step S5 is the output stop operation, in which the automatic recovery control unit 50 stops supplying current to the battery management unit 30 at the first voltage and first current value. In the circuit example shown in Figure 2, if a voltage greater than the voltage set by the backflow prevention diode SD1 is applied to the output terminal LP3, the constant current output unit 54 stops outputting at a constant current. As a specific example, if the charging voltage of the charge/discharge control unit 20 is greater than the first voltage (24V), the automatic recovery control unit 50 performs the output stop operation.
時間t=t3以後は、充放電制御部20が設定された最大電圧で充電電圧をバッテリー管理部30に供給することができるため、自動復帰制御部50から出力される電流値は0となる。また、二次電池セル40の貯蔵電圧はバッテリー管理部30によって管理されて、過放電保護電圧Vminから過充電保護の電圧Vmaxの間で制御される。充放電制御部20は、二次電池セル40から供給される電力で稼働され、バッテリー管理部30を介して太陽電池10が発電した電力を二次電池セル30に充電する。 After time t=t3, the charge/discharge control unit 20 is able to supply the charging voltage to the battery management unit 30 at the set maximum voltage, and the current value output from the automatic recovery control unit 50 becomes 0. The stored voltage of the secondary battery cell 40 is also managed by the battery management unit 30 and controlled between the over-discharge protection voltage Vmin and the over-charge protection voltage Vmax. The charge/discharge control unit 20 is powered by the power supplied from the secondary battery cell 40, and charges the secondary battery cell 30 with the power generated by the solar cell 10 via the battery management unit 30.
上述したように本実施形態の電源装置100では、太陽電池10とバッテリー管理部30の間に自動復帰制御部50が接続され、バッテリー管理部30が稼働停止状態であっても、太陽電池10が出力した電力の一部を第1電圧および第1電流値に変換してバッテリー管理部に供給して復帰充電動作を実施する。これにより、二次電池セル30が深放電状態でバッテリー管理部30による二次電池セル30からの電力取り出しや情報取得が不可能な場合であっても、復帰充電動作で徐々に二次電池セル40を充電していくことができる。また、バッテリー管理部30の動作によって消費される電力を抑制して、効率よく復帰充電動作を継続することができる。 As described above, in the power supply device 100 of this embodiment, the automatic recovery control unit 50 is connected between the solar cell 10 and the battery management unit 30, and even when the battery management unit 30 is in a stopped state, a portion of the power output by the solar cell 10 is converted to a first voltage and a first current value and supplied to the battery management unit to perform a recovery charging operation. As a result, even when the secondary battery cell 30 is in a deeply discharged state and the battery management unit 30 is unable to extract power or acquire information from the secondary battery cell 30, the recovery charging operation can gradually charge the secondary battery cell 40. Furthermore, the power consumed by the operation of the battery management unit 30 can be reduced, allowing the recovery charging operation to continue efficiently.
また、自動復帰制御部50は充放電制御部20とは並列に接続されており、自動復帰制御部50の動作時に自動復帰制御部50では電力が消費されず、太陽電池10の出力が比較的小さい場合であっても、効率よく復帰充電動作を継続して徐々に二次電池セル40を充電することができる。 In addition, the automatic return control unit 50 is connected in parallel with the charge/discharge control unit 20, so that no power is consumed by the automatic return control unit 50 when it is operating. This means that even when the output of the solar cell 10 is relatively small, the return charging operation can be continued efficiently, gradually charging the secondary battery cell 40.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。第1実施形態では自動復帰制御部50は、充放電制御部20から出力される充電電圧が最大電圧maxに到達するまで復帰充電動作を継続していた。本実施形態では、二次電池セル40が短絡している場合には、自動復帰制御部50は第1電圧および第1電流値での復帰充電動作を停止する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Descriptions that overlap with the first embodiment will be omitted. In the first embodiment, the automatic recovery control unit 50 continued the recovery charge operation until the charging voltage output from the charge/discharge control unit 20 reached the maximum voltage max. In this embodiment, if the secondary battery cell 40 is short-circuited, the automatic recovery control unit 50 stops the recovery charge operation at the first voltage and first current value.
本実施形態では自動復帰制御部50は、二次電池セル40の温度を測定してセル温度情報を取得する温度測定部を備えている。また、自動復帰制御部50は、予め許容される二次電池セル40の温度上昇を保護温度として記録しておく。 In this embodiment, the automatic return control unit 50 is equipped with a temperature measurement unit that measures the temperature of the secondary battery cell 40 and acquires cell temperature information. The automatic return control unit 50 also records the allowable temperature rise of the secondary battery cell 40 in advance as a protection temperature.
自動復帰制御部50は、第1電流値をバッテリー管理部30に対して出力し始めた時間t=t1において、温度測定部で二次電池セル40の温度を測定し、復帰充電動作の開始時点におけるセル温度情報を取得する。また、自動復帰制御部50は、復帰充電動作を継続して第1電流値をバッテリー管理部30に対して出力している間も温度測定部で二次電池セル40のセル温度情報を取得し続ける。 At time t=t1, when the automatic recovery control unit 50 begins to output the first current value to the battery management unit 30, the temperature measurement unit measures the temperature of the secondary battery cell 40 and acquires cell temperature information at the start of the recovery charging operation. Furthermore, while the automatic recovery control unit 50 continues the recovery charging operation and outputs the first current value to the battery management unit 30, the temperature measurement unit continues to acquire cell temperature information of the secondary battery cell 40.
自動復帰制御部50は、取得したセル温度情報から、復帰充電動作の開始時点からの温度上昇を算出し、温度上昇が保護温度よりも大きくなった場合には復帰充電動作を停止する。これは、二次電池セル40の内部で短絡などの故障が発生している場合には、復帰充電動作で供給した電力が二次電池セル40に貯蔵されず、二次電池セル40内部で電力が消費されてセル温度が上昇するためである。 The automatic recovery control unit 50 calculates the temperature rise from the start of the recovery charging operation from the acquired cell temperature information, and stops the recovery charging operation if the temperature rise exceeds the protection temperature. This is because if a fault such as a short circuit occurs inside the secondary battery cell 40, the power supplied during the recovery charging operation is not stored in the secondary battery cell 40, and instead is consumed inside the secondary battery cell 40, causing the cell temperature to rise.
上述したように本実施形態の電源装置100では、自動復帰制御部50でセル温度の温度上昇が保護温度以上の場合に復帰充電動作を停止することで、故障が発生した二次電池セル40を保護することができる。 As described above, in the power supply device 100 of this embodiment, the automatic recovery control unit 50 stops the recovery charging operation when the cell temperature rises above the protection temperature, thereby protecting the secondary battery cell 40 in which a failure has occurred.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
100…電源装置
10…太陽電池
20…充放電制御部
30…バッテリー管理部
40…二次電池セル
50…自動復帰制御部
51…第1昇降圧部
52…昇圧確認部
53…第2昇圧部
54…定電流出力部
REFERENCE SIGNS LIST 100... Power supply device 10... Solar cell 20... Charge/discharge control unit 30... Battery management unit 40... Secondary battery cell 50... Automatic return control unit 51... First step-up/step-down unit 52... Step-up confirmation unit 53... Second step-up unit 54... Constant current output unit
Claims (7)
前記電力を貯蔵する二次電池セルと、
前記二次電池セルの貯蔵電圧が保護電圧以下の場合には、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力の取り出しを遮断して保護動作を実施するバッテリー管理部と、
前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記太陽電池が出力した前記電力の一部を第1電圧および第1電流値である自動復帰電流に変換して、前記バッテリー管理部に前記自動復帰電流を供給して復帰充電動作を実施する自動復帰制御部を備え、
前記自動復帰制御部は、第1昇降圧部と、昇圧確認部と、第2昇圧部と、定電流出力部を有し、
前記第1昇降圧部は、入力端子から入力された電力を昇圧または降圧して、予め定められた予定電圧に調整して出力し、
前記昇圧確認部は、前記第1昇降圧部の第1出力電圧を監視して、前記予定電圧まで到達した場合に前記第2昇圧部を動作させ、
前記第2昇圧部は、前記予定電圧をさらに第2出力電圧に昇圧して前記定電流出力部に出力し、
前記定電流出力部は、前記第2出力電圧で動作して出力端子から前記バッテリー管理部に前記自動復帰電流を出力することを特徴とする電源装置。 a solar cell that generates electricity using light and outputs power;
a secondary battery cell that stores the power;
a battery management unit that performs a protection operation by cutting off extraction of the power stored in the secondary battery cell when the stored voltage of the secondary battery cell is equal to or lower than a protection voltage;
an automatic recovery control unit connected between the solar cell and the battery management unit, converting a portion of the power output by the solar cell into an automatic recovery current having a first voltage and a first current value, and supplying the automatic recovery current to the battery management unit to perform a recovery charging operation;
the automatic return control unit has a first step-up/step-down unit, a step-up confirmation unit, a second step-up unit, and a constant current output unit,
the first voltage step-up/step-down unit steps up or steps down the power input from an input terminal, adjusts the power to a predetermined expected voltage, and outputs the adjusted voltage;
the boost confirmation unit monitors the first output voltage of the first boost/buck unit, and operates the second boost unit when the first output voltage reaches the expected voltage;
the second booster further boosts the scheduled voltage to a second output voltage and outputs the second output voltage to the constant current output unit;
The power supply device according to claim 1, wherein the constant current output unit operates at the second output voltage and outputs the automatic recovery current from an output terminal to the battery management unit.
前記バッテリー管理部が前記保護動作中であっても、
前記自動復帰制御部は、前記復帰充電動作を継続することを特徴とする電源装置。 2. The power supply device according to claim 1,
Even if the battery management unit is performing the protection operation,
The power supply device, wherein the automatic return control unit continues the return charging operation.
前記太陽電池と前記バッテリー管理部の間に接続されて、前記太陽電池から出力された前記電力を充電電圧および充電電流に変換して、前記バッテリー管理部に供給する充放電制御部を備え、
前記充放電制御部は、前記二次電池セルに貯蔵された前記電力によって稼働されることを特徴とする電源装置。 3. The power supply device according to claim 1,
a charge/discharge control unit connected between the solar cell and the battery management unit, converting the power output from the solar cell into a charging voltage and a charging current, and supplying the charging voltage and the charging current to the battery management unit;
The power supply device, wherein the charge/discharge control unit is operated by the power stored in the secondary battery cell.
前記自動復帰制御部は、前記充電電圧が予め定められた最大電圧に到達した場合に、前記復帰充電動作を停止することを特徴とする電源装置。 4. The power supply device according to claim 3,
The power supply device, wherein the automatic recovery control unit stops the recovery charging operation when the charging voltage reaches a predetermined maximum voltage.
前記充放電制御部は、最大電力点追従制御を用いることを特徴とする電源装置。 5. The power supply device according to claim 3,
The power supply device is characterized in that the charge/discharge control unit uses maximum power point tracking control.
前記自動復帰制御部は、前記二次電池セルの温度をセル温度として取得する温度測定部を備え、
前記セル温度の温度上昇が予め定められた保護温度以上である場合には、前記復帰充電動作を停止することを特徴とする電源装置。 6. The power supply device according to claim 1,
the automatic return control unit includes a temperature measurement unit that acquires the temperature of the secondary battery cell as a cell temperature;
A power supply device characterized in that, when the temperature rise of the cell temperature reaches or exceeds a predetermined protection temperature, the recovery charging operation is stopped.
前記復帰充電動作は、前記バッテリー管理部が稼働状態と非稼働状態を繰り返し、前記バッテリー管理部の一時的な前記稼働状態において、前記自動復帰電流が前記二次電池セルを充電することを特徴とする電源装置。
7. The power supply device according to claim 1,
The power supply device is characterized in that the recovery charging operation is performed by the battery management unit repeatedly switching between an operating state and a non-operating state, and the automatic recovery current charges the secondary battery cell when the battery management unit is temporarily in the operating state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024224602A JP7760197B2 (en) | 2021-03-16 | 2024-12-19 | power supply |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021042980A JP7614632B2 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power Supplies |
| JP2024224602A JP7760197B2 (en) | 2021-03-16 | 2024-12-19 | power supply |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021042980A Division JP7614632B2 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power Supplies |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025041756A JP2025041756A (en) | 2025-03-26 |
| JP7760197B2 true JP7760197B2 (en) | 2025-10-27 |
Family
ID=83322327
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021042980A Active JP7614632B2 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power Supplies |
| JP2024224602A Active JP7760197B2 (en) | 2021-03-16 | 2024-12-19 | power supply |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021042980A Active JP7614632B2 (en) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | Power Supplies |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240154453A1 (en) |
| JP (2) | JP7614632B2 (en) |
| DE (1) | DE112022000218T5 (en) |
| WO (1) | WO2022196661A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113765177B (en) * | 2021-07-30 | 2024-06-11 | 华为数字能源技术有限公司 | A battery module and a charging system |
| US12261528B2 (en) * | 2022-05-30 | 2025-03-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Low voltage buck regulator voltage regulation with reduced overshoot and settling time |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013179358A1 (en) | 2012-05-31 | 2013-12-05 | 三洋電機株式会社 | Controller, battery control unit, and power distribution system |
| CN203722886U (en) | 2014-01-24 | 2014-07-16 | 孝感市辉皇世纪照明电器有限公司 | LED boosting constant-current work controller |
| JP6031721B1 (en) | 2015-12-15 | 2016-11-24 | Mirai−Labo株式会社 | Charger |
| JP2018011462A (en) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Control device, power distribution system and program |
-
2021
- 2021-03-16 JP JP2021042980A patent/JP7614632B2/en active Active
-
2022
- 2022-03-14 US US18/279,304 patent/US20240154453A1/en active Pending
- 2022-03-14 DE DE112022000218.2T patent/DE112022000218T5/en active Pending
- 2022-03-14 WO PCT/JP2022/011451 patent/WO2022196661A1/en not_active Ceased
-
2024
- 2024-12-19 JP JP2024224602A patent/JP7760197B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013179358A1 (en) | 2012-05-31 | 2013-12-05 | 三洋電機株式会社 | Controller, battery control unit, and power distribution system |
| CN203722886U (en) | 2014-01-24 | 2014-07-16 | 孝感市辉皇世纪照明电器有限公司 | LED boosting constant-current work controller |
| JP6031721B1 (en) | 2015-12-15 | 2016-11-24 | Mirai−Labo株式会社 | Charger |
| JP2018011462A (en) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Control device, power distribution system and program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2025041756A (en) | 2025-03-26 |
| WO2022196661A1 (en) | 2022-09-22 |
| US20240154453A1 (en) | 2024-05-09 |
| JP2022142690A (en) | 2022-09-30 |
| JP7614632B2 (en) | 2025-01-16 |
| DE112022000218T5 (en) | 2023-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7760197B2 (en) | power supply | |
| KR101997535B1 (en) | Mamless-type islanded microgrid system and control method thereof | |
| US8013583B2 (en) | Dynamic switch power converter | |
| KR101097261B1 (en) | Energy storage system and controlling method thereof | |
| KR101302541B1 (en) | Power extractor circuit | |
| US11411400B2 (en) | DC power supply system | |
| US20060174939A1 (en) | Efficiency booster circuit and technique for maximizing power point tracking | |
| WO2007084196A2 (en) | Dynamic switch power converter | |
| JP3529660B2 (en) | Independent photovoltaic power generation system and power generation method | |
| KR20010044490A (en) | Apparatus for Generating of Electric Power by Solar Energy | |
| KR20180090673A (en) | Hybrid energy storage system | |
| CN103337892A (en) | Independent dormancy awakening control system of satellite power source | |
| JP5794115B2 (en) | POWER SUPPLY DEVICE, POWER CONTROL SYSTEM, AND ELECTRIC DEVICE STARTUP METHOD | |
| KR20110071157A (en) | Integrated control device and method for wind power combined power generation system | |
| JP7180295B2 (en) | Vehicle charging control system | |
| JP2003317808A (en) | Sodium-sulfur battery charge / discharge control method, and power storage and compensation device | |
| US20230369878A1 (en) | Household energy storage system in an off-grid state and black start method therefor | |
| JP6207196B2 (en) | DC power supply system | |
| KR101077880B1 (en) | emergency power source supply system using multiple power generation | |
| US20220140600A1 (en) | Dc power supply system | |
| WO2020161766A1 (en) | Direct-current power supply system | |
| KR20170135008A (en) | Driving Control Method Of Tidal current Power System | |
| CN119298257B (en) | A photovoltaic, diesel and AC/DC microgrid system | |
| CN221305557U (en) | Complementary power supply system of local side equipment | |
| KR101238128B1 (en) | The grid-off system charging a constant power and its using method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241220 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241220 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250701 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250730 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250930 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251007 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7760197 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |